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摘要：在进入21世纪以来，工业化的发展使得社会发生了跨越式的进步。交流变频液压调速技术在工业中各行各业中正逐步展开应用。本文就交流电动机液压调速技术的分析引出变频液压站的工作原理及其应用领域。
关键词：变频液压站、工作原理、变频调速
中图分类号： TG315.4 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着工业化的程度越来越高，交流电动机变频调速技术发生了实质性的突飞猛进，变频调速是集电力电子技术、微电子技术、控制技术于一体的产物。在变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调试节电显著，而且易于实现过程自动化，深受工业用户的喜爱。下面来有笔者对变频液压站的工作原理进行解析。
二、变频液压站的工作原理
根据电动机学的工作原理，我们可以由其公式中看出：磁极对数p和转差率s不变的情况下,电源频率和电动机转速n成正比,即电动机转速n增加，电源频率也会随着增加；电动机转速n下降,电源频率也下降。在变频液压站的工作原理中通过这种改变异步电动机的供电频率,从而实现改变电动机的转速,进而实现调速的目的。交流电动机变频调速即为这种通过改变电源频率实现的交流电机速度调节过程。
液压泵的输出流量公式如下:
Q=kqn/1000=0.06kdf(1-s)/p
从上述公式可以知道,电动机电源的频率f与液压泵的输出流量Q成正比,也就是说电动机电源的频率f随着液压泵的输出流量Q的增加而增加，在数值上成正比。通过调节电动机电源的频率f来变相的调节液压泵的输出流量Q，即为变频液压站的最基本的工作原理。
变频器主要由主回路、保护回路、控制回路组成。作为变频液压器的主回路，其作用是直接提供调频调压电源给交流电动机；在变频器中，控制回路是根据预先设定或由闭环反馈信号的方式来控制主回路,使得主回路的电压与频率按一定的规律调节以及输出,主要包括：驱动回路、冷却控制回路、输入/设定参数回、运算回路、电压/电流检测回路、速度检测回路、压力检测回路等组成；保护回路则为变频器的各个部分及电动机提供完善的保护, 如过流、过载过电压等故障的保护,将保护回路应用在变频器及电动机上可以使其工作具有很高可靠性。变频器是变频调速系统的核心部分,也是变频液压站最为重要的部件。其控制方式主要有开环恒压比的控制、矢量控制、直接转矩控制等。
交流电动机在变频液压站中也是个重要的元件,虽然普通的交流电动机也能实现变频控制,但因为结构较大,惯性大,其节能效果不是特别明显,控制精度较差,所以有很多的研究机构和厂家在减小交流电动机转子的惯性、增强输出扭矩做了很多的研究,且取得不少的成果。例如在日本大金工业株式会社的专利产品IPM电动机的转子中心镶入了四条稀土类磁石；磁石在定子产生的磁场里会产生磁石扭矩；由于电磁钢板接近磁石时,磁力线比空气更易于通过电磁钢板,集中在铁的周围,磁力线想通过最短距离将铁拉向左侧, ,形成向左磁阻力,S极的磁力线变短,从而在箭头方向因磁阻扭矩产生旋转力；IPM电动机的输出扭矩=磁石扭矩+磁阻扭矩,比同等规格普通电动机的输出扭矩大大增加,其效率达82%以上,低速能平稳地控制在350r/min,最高转速能达4500r/min,响应时间达0.1s。变频液压站大多选用的液压泵是定量齿轮泵,因为定量齿轮泵的结构简单,低速自吸能力强；溢流阀在系统中的作用是安全阀,冷却器、过滤器、空气过滤器、液位计等元件的作用跟普通的液压系统是一样的。
三、变频液压站的优缺点
1、优点
变频液压站相对于传统的容积控制是一种具有全局型的新型节能传动方式,具有以下几方面的优点:
（1）实现了制动能的能量回收。
（2）节能效果明显,比传统的容积控制液压系统节能10%~60%。
（3）可以省去带有复杂变量机构的变量泵,而采用定量泵+变频器+交流电动机的形式。
（4）调速范围更广。
（5）控制特性更高，因为其内置了PID控制和采用无速度反馈矢量控制。
（6）采用了定量泵设置,大大降低了噪声的影响。
2、缺点
（1）相对于大功率的交流电动机来说,变频液压站的转动惯量大,以及变频器的能力的限制,使得其响应速度变慢,控制精度降低；
（2）低速稳定性差。由于液压泵的转速过低,自吸能力下降,低频时会产生脉动转矩,致使电机转速波动,导致低频力矩不足。
四、变频液压站的应用
变频液压站因为它调速性能良好、节能效果明显等因素的影响,所以在液压电梯、注塑机、液压振动筛、飞机、液压抓斗、机床、液压转向系统、制砖厂等领域获得应用。据统计,我国电机的总装机容量已达4亿千瓦,年耗电量达6000亿千瓦每时,约占工业耗电量的80%。我们相信随着我国广大企业节能意识的增强和变频液压技术的发展,变频液压站的应用会更加广泛。
五、交流电动机变频调速技术的研究方向
从上世纪70年代以来，在电力电子技术和控制理论的高速发展规模下,变频调速技术获得了跨越式的进展。交流电动机变频调速的优势猪油有一下几个性能：效率较高、调速性能优越、启制动性能、高功率因数、高节能效果。巨大的优势也使得交流电动机变频调速技术应用越来越广泛，被国内外称之为最有发展潜力的调速方式。目前，交流电动机变频调速技术已成为了节能、改善环境、改善工艺流程的提高产品质量推动技术进步的一种主要手段。
交流电动机变频调速主要有如下一些优点:
（1）实现平滑启动,进而减轻机械的冲击力,达到保护机械设备的目的。
（2）节电效果突出。
（3）调速范围较为广泛,可以实现普通异步电动机的无级调速。
（4）启动需求电流较小,另一表现就是启动转矩大。
（5）调节电压大小和频率快慢可实现恒转矩或者恒功率调速。
（6）对电动机具有保护功能,降低电机的维修费用。
直流电动机和交流电动机相比，而交流电动机的体积更小,重量轻，价格上相对较低,运行性能也较直流电动机优良,维护量小,因此交流电动机在各行各业的应用也比直流电动机广泛。所以，在选择变频调速时，对交流电动机进行变频调速具有更大的实用性。液压动力传动在工业生产上也有很大的应用。其优点有：调速方便、传动平稳、功率体积比大，但是液压动力传动的缺点却是至关重要的，因为其能量利用率不高,以至于较低了整机系统的工作效率。因此，节能一直是提升液压动力传动工作效率的主要困扰之一。但交流电动机变频调速技术的出现使得这一问题得到解决。交流电动机变频调速技术可以改变供电电源的频率从而实现对执行机构的速度调节,使电机始始终处在高效率的工作状态。将交流电动机变频调速技术用于液压系统,如简化液压回路,减少液压系统的能量损失,降低噪声等液压系统的一些缺点,交流电动机变频调速技术与液压系统的结合还有一个更重要的作用，那就是减少液压系统的能量损失,提高整个系统的效率。
六、结语
综上所述，在进入21世纪以来，交流变频液压调速技术在工业中各行各业中正逐步展开应用。本文从交流电动机变频调速技术的研究方向介绍了变频液压站工作原理、优缺点及其应用。现如今，社会潜力巨大，变频液压技术现逐步向主控一体化、变频控制的高性能化、变频器的环保化、变频器与电机的整体化、变频控制系统的全数字化、高复合液压的高功率控制的方向发展，相信在不久的将来，变频液压技术一定会给人类带来更多意想不到的惊喜。
參考文献：
赵秀娟 李建平：《浅议液压传动技术在自动化生产中的应用》，《科技与生活》,2011年
彭天好 徐兵 杨华勇：《变频液压技术的发展及研究综述》，《浙江大学学报》(工学版), 2004年02期
王红艳：《变频调速技术的应用浅析》，《矿山机械》，2010年38期
关键词：变频液压站、工作原理、变频调速
中图分类号： TG315.4 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着工业化的程度越来越高，交流电动机变频调速技术发生了实质性的突飞猛进，变频调速是集电力电子技术、微电子技术、控制技术于一体的产物。在变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调试节电显著，而且易于实现过程自动化，深受工业用户的喜爱。下面来有笔者对变频液压站的工作原理进行解析。
二、变频液压站的工作原理
根据电动机学的工作原理，我们可以由其公式中看出：磁极对数p和转差率s不变的情况下,电源频率和电动机转速n成正比,即电动机转速n增加，电源频率也会随着增加；电动机转速n下降,电源频率也下降。在变频液压站的工作原理中通过这种改变异步电动机的供电频率,从而实现改变电动机的转速,进而实现调速的目的。交流电动机变频调速即为这种通过改变电源频率实现的交流电机速度调节过程。
液压泵的输出流量公式如下:
Q=kqn/1000=0.06kdf(1-s)/p
从上述公式可以知道,电动机电源的频率f与液压泵的输出流量Q成正比,也就是说电动机电源的频率f随着液压泵的输出流量Q的增加而增加，在数值上成正比。通过调节电动机电源的频率f来变相的调节液压泵的输出流量Q，即为变频液压站的最基本的工作原理。
变频器主要由主回路、保护回路、控制回路组成。作为变频液压器的主回路，其作用是直接提供调频调压电源给交流电动机；在变频器中，控制回路是根据预先设定或由闭环反馈信号的方式来控制主回路,使得主回路的电压与频率按一定的规律调节以及输出,主要包括：驱动回路、冷却控制回路、输入/设定参数回、运算回路、电压/电流检测回路、速度检测回路、压力检测回路等组成；保护回路则为变频器的各个部分及电动机提供完善的保护, 如过流、过载过电压等故障的保护,将保护回路应用在变频器及电动机上可以使其工作具有很高可靠性。变频器是变频调速系统的核心部分,也是变频液压站最为重要的部件。其控制方式主要有开环恒压比的控制、矢量控制、直接转矩控制等。
交流电动机在变频液压站中也是个重要的元件,虽然普通的交流电动机也能实现变频控制,但因为结构较大,惯性大,其节能效果不是特别明显,控制精度较差,所以有很多的研究机构和厂家在减小交流电动机转子的惯性、增强输出扭矩做了很多的研究,且取得不少的成果。例如在日本大金工业株式会社的专利产品IPM电动机的转子中心镶入了四条稀土类磁石；磁石在定子产生的磁场里会产生磁石扭矩；由于电磁钢板接近磁石时,磁力线比空气更易于通过电磁钢板,集中在铁的周围,磁力线想通过最短距离将铁拉向左侧, ,形成向左磁阻力,S极的磁力线变短,从而在箭头方向因磁阻扭矩产生旋转力；IPM电动机的输出扭矩=磁石扭矩+磁阻扭矩,比同等规格普通电动机的输出扭矩大大增加,其效率达82%以上,低速能平稳地控制在350r/min,最高转速能达4500r/min,响应时间达0.1s。变频液压站大多选用的液压泵是定量齿轮泵,因为定量齿轮泵的结构简单,低速自吸能力强；溢流阀在系统中的作用是安全阀,冷却器、过滤器、空气过滤器、液位计等元件的作用跟普通的液压系统是一样的。
三、变频液压站的优缺点
1、优点
变频液压站相对于传统的容积控制是一种具有全局型的新型节能传动方式,具有以下几方面的优点:
（1）实现了制动能的能量回收。
（2）节能效果明显,比传统的容积控制液压系统节能10%~60%。
（3）可以省去带有复杂变量机构的变量泵,而采用定量泵+变频器+交流电动机的形式。
（4）调速范围更广。
（5）控制特性更高，因为其内置了PID控制和采用无速度反馈矢量控制。
（6）采用了定量泵设置,大大降低了噪声的影响。
2、缺点
（1）相对于大功率的交流电动机来说,变频液压站的转动惯量大,以及变频器的能力的限制,使得其响应速度变慢,控制精度降低；
（2）低速稳定性差。由于液压泵的转速过低,自吸能力下降,低频时会产生脉动转矩,致使电机转速波动,导致低频力矩不足。
四、变频液压站的应用
变频液压站因为它调速性能良好、节能效果明显等因素的影响,所以在液压电梯、注塑机、液压振动筛、飞机、液压抓斗、机床、液压转向系统、制砖厂等领域获得应用。据统计,我国电机的总装机容量已达4亿千瓦,年耗电量达6000亿千瓦每时,约占工业耗电量的80%。我们相信随着我国广大企业节能意识的增强和变频液压技术的发展,变频液压站的应用会更加广泛。
五、交流电动机变频调速技术的研究方向
从上世纪70年代以来，在电力电子技术和控制理论的高速发展规模下,变频调速技术获得了跨越式的进展。交流电动机变频调速的优势猪油有一下几个性能：效率较高、调速性能优越、启制动性能、高功率因数、高节能效果。巨大的优势也使得交流电动机变频调速技术应用越来越广泛，被国内外称之为最有发展潜力的调速方式。目前，交流电动机变频调速技术已成为了节能、改善环境、改善工艺流程的提高产品质量推动技术进步的一种主要手段。
交流电动机变频调速主要有如下一些优点:
（1）实现平滑启动,进而减轻机械的冲击力,达到保护机械设备的目的。
（2）节电效果突出。
（3）调速范围较为广泛,可以实现普通异步电动机的无级调速。
（4）启动需求电流较小,另一表现就是启动转矩大。
（5）调节电压大小和频率快慢可实现恒转矩或者恒功率调速。
（6）对电动机具有保护功能,降低电机的维修费用。
直流电动机和交流电动机相比，而交流电动机的体积更小,重量轻，价格上相对较低,运行性能也较直流电动机优良,维护量小,因此交流电动机在各行各业的应用也比直流电动机广泛。所以，在选择变频调速时，对交流电动机进行变频调速具有更大的实用性。液压动力传动在工业生产上也有很大的应用。其优点有：调速方便、传动平稳、功率体积比大，但是液压动力传动的缺点却是至关重要的，因为其能量利用率不高,以至于较低了整机系统的工作效率。因此，节能一直是提升液压动力传动工作效率的主要困扰之一。但交流电动机变频调速技术的出现使得这一问题得到解决。交流电动机变频调速技术可以改变供电电源的频率从而实现对执行机构的速度调节,使电机始始终处在高效率的工作状态。将交流电动机变频调速技术用于液压系统,如简化液压回路,减少液压系统的能量损失,降低噪声等液压系统的一些缺点,交流电动机变频调速技术与液压系统的结合还有一个更重要的作用，那就是减少液压系统的能量损失,提高整个系统的效率。
六、结语
综上所述，在进入21世纪以来，交流变频液压调速技术在工业中各行各业中正逐步展开应用。本文从交流电动机变频调速技术的研究方向介绍了变频液压站工作原理、优缺点及其应用。现如今，社会潜力巨大，变频液压技术现逐步向主控一体化、变频控制的高性能化、变频器的环保化、变频器与电机的整体化、变频控制系统的全数字化、高复合液压的高功率控制的方向发展，相信在不久的将来，变频液压技术一定会给人类带来更多意想不到的惊喜。
參考文献：
赵秀娟 李建平：《浅议液压传动技术在自动化生产中的应用》，《科技与生活》,2011年
彭天好 徐兵 杨华勇：《变频液压技术的发展及研究综述》，《浙江大学学报》(工学版), 2004年02期
王红艳：《变频调速技术的应用浅析》，《矿山机械》，2010年38期